8. Langkah Desaian 8 adalah Menghitung Drop Tegangan
Untuk menentukan perlengkapan dan komponen listrik
yang sesuai dengan rencana, perhitungan drop tegangan harus dilakukan. Perhitungan drop tegangan menunjukkan jumlah tegangan yang akan mengalir pada luminer yang terjauh pada
rangkaian cabang sistem penerangan. Drop tegangan menjadi perhatian dalam
rangka untuk memastikan bahwa tegangan pada semua luminer cukup untuk
mengoperasikan luminer lampu dengan baik, dan juga untuk menghindari operasi yang
tidak efisien dari sistem penerangan karena besarnya jumlah kerugian tegangan
dan daya dalam sistem distribusi listrik (kabel penghantar).
Kabel penghantar yang mengalirkan arus
ke luminer dalam sistem penerangan memiliki sejumlah kecil hambatan
(resistansi). Resistansi kawat penghantar tergantung pada ukuran (deameter) kawat,
bahan kawat, dan panjang kawat pengahantar tersebut. Ketika arus mengalir
melalui kabel dalam perjalanan ke lampu, tegangan sebanding dengan resistansi
di sepanjang kawat dan tegangan ini mengurangi besar tegangan pada sumber
listrik, sehingga tegangan yang sampai pada luminer terjauh menjadi lebih
rendah. Jika resistansi kawat adalah terlalu tinggi untuk sejumlah arus yang
mengalir melalui kawat tersebut, maka drop tegangan sepanjang kawat juga akan
tinggi, sehingga tidak mungkin memperoleh tegangan yang cukup pada luminer.
Menurut National Electrical Code mensyaratkan nilai maksmial drop tegangan
adalah 3 % dari tegangan nominal merupakan batas yang wajar dari besarnya drop
tegangan pada rangkaian cabang sistem penerangan. Tegangan sepanjang kawat
dikalikan dengan arus yang mengalir melalui kawat menghasilkan kerugian daya
dalam kawat. Semakin tinggi hambatan dari kawat, semakin tinggi pula drop
tegangan sepanjang kawat, dan semakin besar daya yang digunakan dalam sistem
kabel. Perhitungan drop tegangan menentukan ukuran (deameter) kawat dari bahan
tertentu yang diperlukan untuk membawa arus sejauh jarak yang diperlukan tanpa
menimbulkan terlalu besar kerugian tegangan dalam kawat.
Persamaan berikut, yang dikenal
sebagai Hukum Ohm, biasanya digunakan untuk menentukan drop tegangan pada
rangkaian cabang sistem penerangan :
Er = I x R
Dimana,
Er
= drop tegangan di sepanjang segmen kawat
I
= arus yang mengalir di sepanjang kawat yang sama
R
= resistansi di sepanjang kawat
Penjelasan mengenai penggunaan hukum Ohm
tersebut di atas adalah sebagai berikut:
- Persamaan ini hanya benar-benar akurat
untuk sistem arus searah (DC)., dengan batas arus dalam rangkaian cabang sebesar
20 ampere pada pemutus rangkaian (circuit breaker), dan frekuensi listrik pada
50 Hz. Persamaan juga cukup akurat untuk rangkaian cabang sistem penerangan dengan
sistem arus bolak-balik (AC).
- E adalah nilai yang belum diketahui,
yang akan dicari atau dihitung.
- I untuk setiap segmen kawat dihitung
dengan menjumlahkan arus tiap luminer pada segmen kawat dengan feeder yang sama
(yaitu semua luminer lampu hilir pada kawat itu).
- R untuk segmen kawat tertentu dihitung
dengan mengalikan panjang kawat (dalam ribuan meter) di segmen itu dengan
tahanan jenis kawat (tergantung dari bahan kawat) per ukuran (luas penampang)
kawat sepanjang 1000 meter tersebut. Dalam bentuk rumus ditulis :
R = (l x p) /
q.
Dimana:
l = panjang kawat penghantar dalam meter
p = tahanan jenis kawat (tembaga = 0,0175)
q = luas penampang kawat penhantar dalam mm²
l = panjang kawat penghantar dalam meter
p = tahanan jenis kawat (tembaga = 0,0175)
q = luas penampang kawat penhantar dalam mm²
- Total drop tegangan pada luminer terjauh
dihitung dengan menjumlahkan drop tegangan setiap segmen kawat dari kabinet
(PHB) yang melayani luminer tersebut.
- Arus untuk luminer tunggal dari berbagai
jenis dan nilai-nilai hambatan untuk beberapa jenis kawat dirangkum seperti dalam
tabel di bawah ini.
Tabel 3. Besarnya arus
untuk luminer sodium tekanan tinggi (HPS) dalam Ampere
Tabel 4. Besarnya arus
untuk luminer metal halide dalam Ampere
Tabel 5. Besarnya resistansi kawat
penghantar dalam Ohm per 1000 meter(feet)
Drop
tegangan harus dihitung untuk kawat fasa (kawat yang tidak di-ground-kan) dan
kawat netral (kawat yang di-ground-kan). Dan drop tegangan masing-masing kawat
tersebut harus dijumlahkan, sehingga akan didapatkanl drop tegangan total.
Dalam rangkaian dua kawat, arus yang mengalir dalam kawat fasa akan kembali ke
dalam kawat netral, sehingga arus yang mengalir dalam kawat netral adalah sama
besarnya dengan arus yang mengalir dalam kawat fasa. Oleh karena itu total drop
tegangan rangkaian dua kawat dapat
dicari dengan menghitung drop tegangan hanya pada kawat fasa dan selanjutnya
mengalikan besarnya drop tegangan yang didapat tersebut dengan angka 2 (dua)..
Sebagian besar rangkaian cabangpenerangan
dalam sistem penerangan yang dirancang oleh suatu kota/negara menggunakan
rangkaian 1 fasa 3 kawat. Sebuah rangkaian 3 kawat terdiri dari 2 kawat fasa
dan 1 kawat netral, bukan 1 kawat fase dan 1 kawat netral seperti dalam
rangkaian 2 kawat. Dalam rangkaian 3 kawat, kawat netralnya di sekitar nol volt
dengan dihubungan ke tanah (ground), sedangkan 2 kawat fasanya berbagi netral
yang sama dan pada tegangan yang berlawanan dengan dihubungkan ke kawat netral.
Sebagai contoh, jika pada beberapa waktu tertentu tegangan dalam 1 kawat fasa adalah
240 volt dengan dhubungan ke kawat netral, maka tegangan pada kawat fase lainnya
pada waktu yang sama akan menjadi 240 volt dengan dihubungan ke kawat netral.
Pentingnya pengaturan tegangan ini adalah bahwa arus yang kembali ke kawat
netral dari salah satu kawat fase akan membatalkan arus yang kembali ke kawat
netral dari kawat fasa yang lain. Jadi, jika beban pada 2 kawat fasa persis
seimbang, maka tidak akan ada arus di kawat netral, dan tidak ada drop tegangan
di kawat netral. Dalam hal ini, total drop tegangan pada luminer terjauh hanya sama
dengan total drop tegangan pada kawat fase, dan drop tegangan pada kawat netral
dapat diabaikan.
Dua contoh perhitungan drop tegangan
yang ditunjukkan di bawah ini, salah satu contoh adalah untuk luminer tunggal yang
dialirkan ke salah satu kawat fase seperti yang biasanya dilakukan. Contoh
kedua adalah untuk tiang luminer ganda/kembar yang mungkin ditemukan pada
pembatas tengah (median) jalan. Dua tegangan berbeda yang digunakan dalam
contoh adalah untuk menggambarkan penerapan drop tegangan pada tegangan yang
berbeda.
Contoh 1 : Drop tegangan untuk Luminer tunggal
Sistem penerangan dalam contoh 1 ini terdiria dari perlengkapan dan komponen sebagai berikut :
- Luminer dengan lampu sodium tekanan
tinggi (HPS) 250 W
- Jarak antar tiang adalah 130 meter
- Kabel dalam sistem saluran pipa (conduit)
jenis kawat tunggal ukuran 4 mm
- Sistem tegangan lampu 120/240 volt.
- Pada rangkaian cabang penerangan
terdapat sejumlah 9 lampu, yang dialirkan ke salah satu kawat fase. Rangkaian seperti
ini biasanya ditemukan pada sistem penerangan jalan pusat kota.
- Sebuah diagram
pengawatan untuk rangkaian cabang penerangan ini ditunjukan seperti di bawah
ini, label segmen kawat dan jarak antar lampu juga ditunjukan pada diagram
tersebut.
Gambar 7.
Diagram rangkaian penerangan jalan dengan sistem 120/240 V
Berikut ini adalah perhitungan
untuk memecahkan masalah pada contoh 1 :
- Dari tabel arus (tabel 3), arus yang
tepat untuk luminer sodium tekanan tinggi (HPS) 250 Watt pada tegangan 120 volt
adalah 2,9 ampere.
- Dari tabel resistenasi (tabel 5),
hambatan untuk kawat tembaga tunggal ukuran 4 mm adalah 0.259 ohm per 1000
meter.
- Tabel berikut (tabel 6) adalah cara menghitung
drop tegangan kawat fase untuk setiap segmen kawat dan akan menghasilkan total
drop tegangan. Penjelasan mengenai penggunaan tabel 6 adalah sebagai berikut :
Tabel
6. Drop
Tegangan pada Luminer HPS 250 W, Sistem 120/240 V
- Jarak (distance) adalah dihasilkan dari
tata letak sistem.
- Hambatan (resistance) dihitung dengan mengalikan
jarak dalam ribuan meter (feet) dengan hambatan per 1000 meter (feet).
- Arus (current) dihitung dengan mengalikan
jumlah luminer yang teraliri oleh masing-masing segmen kawat yaitu sebesar 2,9
ampere per luminer.
- Kerugian tegangan (drop voltage) di setiap segmen kawat dihitung dengan
mengalikan arus dalam setiap segmen kawat dengan resistensi setiap segmen
kawat.
- Total drop tegangan dihitung dengan
menjumlahkan drop tegangan pada seluruh segmen kawat.
- Arus dalam kawat netral diabaikan untuk
perhitungan ini. Berdasarkan pada sistem tata letak, drop tegangan pada kawat netral
dapat menambah atau mengurangi total drop tegangan yang dihitung. Tetapi
kontribusi drop tegangan pada kawat netral sangat kecil bila dibandingkan
dengan drop tegangan pada kawat fasa jika beban sistem cukup seimbang, sehingga
dapat diabaikan.
- Bila 3 persen dari 120 volt adalah 3,6
volt, maka nilai ini dapat diterima sebagai drop tegangan yang wajar sesuai
dengan ketentuan, dan kabel tunggal
ukuran 4 mm dapat digunakan.
- Jika menggunakan kabel tunggal ukuran 6 mm,
maka resistensi akan menjadi 0,410 ohm
per 1000 meter (feet) dan drop tegangan akan menjadi 4,2805 volt. Hal ini melebihi
3 persen dari 120 volt, jadi kabel ukuran 6 mm kurang kecil.
- Perhitungan akan sama jika 4 kabel
penghantar lapis baja ukuran 4 mm yang digunakan sebagai pengganti kabel
penghantar tunggal ukuran 4 mm.
Contoh 2 : Drop tegangan untuk
Luminer Ganda/Kembar
Sistem penerangan dalam contoh 2 ini terdiri dari perlengkapan dan komponen sebagai berikut :
- Luminer sodium tekanan tinggi (HPS) 250
Watt
- Tinggi tiang 240 meter dengan 2 luminer
pada setiap tiang
- Sistem kabel dalam pipa saluran
(conduit) dengan penghantar kawat tunggal ukuran 4 mm.
- Sistem
tegangan lampu 240/480 volt.
- Pada
rangkaian cabang penerangan terdapat sejumlah 16 lampu, yang setiap lampu
dalirkan ke masing-masing kawat fasa pada masing-masing tiang. Rangkaian
penerngan seperti ini biasanya ditemukan pada pembatas tengah (median) jalan
bebas hambatan.
- Sebuah diagram
pengawatan untuk rangkaian cabang penerangan ini ditunjukan seperti di bawah
ini, label segmen kawat dan jarak antar lampu juga ditunjukan pada diagram.
Gambar
8. Diagram rangkaian penerangan jalan dengan sistem 240/480 V
Berikut
ini adalah perhitungan untuk memecahkan masalah pada contoh 2 :
- Dari tabel arus (tabel 3), arus yang sesuai
untuk luminer sodium tekanan tinggi (HPS) 250 Watt pada tegangan 240 volt
adalah 1,4 ampere.
- Dari tabel resistansi (tabel 5),
hambatan untuk kawat tembaga tunggal ukuran 4 mm adalah 0.259 ohm per 1000
meter (feet).
- Tabel berikut (tabel 7) adalah menghitung
drop tegangan kawat fase untuk setiap segmen kawat dan menghasilkan total drop
tegangan. Drop tegangan di setiap segmen kawat dihitung dengan cara yang sama
seperti pada Contoh 1.
Tabel 7. Drop Tegangan pada Luminer HPS 250 W, Sistem 240/480 V
- Arus dalam kawat netral diabaikan untuk
perhitungan ini, jika tiang luminer pada rangkaian cabang hanya menggunakan
lengan ganda/kembar, beban persis seimbang pada semua titik dalam rangkaian,
tidak ada arus di mana saja pada kawat netral, dan drop tegangan dihitung
dengan benar.
- Bila 3 persen dari 240 volt adalah 7,2 volt,
maka nilai ini dapat diterima sebagai drop tegangan yang wajar sesuai ketentuan,
dan kabel penghantar tunggal ukuran 4 mm dapat digunakan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar